Počítačová technika ušla za posledních několik desetiletí neuvěřitelně dlouhou cestu. Jsme uprostřed technologické revoluce a stroje jsou rok od roku vyspělejší. Dva zvláště pokročilé vynálezy, superpočítač a kvantový počítač, mají spoustu aplikací a potenciálu. Jaký je ale rozdíl mezi superpočítačem a kvantovým počítačem a co je lepší?
Co je to superpočítač?
Superpočítače jsou obrovské systémy které mohou svou velikostí zabírat celé místnosti. Tyto stroje nevypadají vůbec jako váš typický stolní počítač nebo notebook. Superpočítače se spíše skládají z velkých skupin procesorů, které všechny spolupracují na dosažení určitého cíle.
Superpočítače se poprvé objevily v 60. letech, po vytvoření CDC (Control Data Corporation) 6600. Toto je považováno za první superpočítač, který byl kdy postaven, a byl asi desetkrát výkonnější než standardní počítače v té době. Od té doby ale věci ušly velmi dlouhou cestu.
Dnešní superpočítače jsou přinejmenším extrémně výkonné. Ale to vše je samozřejmě relativní. CDC 6600 byl fenomén v oblasti výpočetní techniky, ale dnes by nebyl považován za nic zvláštního. Ostatně trvalo jen půl dekády, než jej zazářil CDC 7600. Mějte to tedy na paměti, když uvažujete o síle dnešních superpočítačů.
Stejně jako váš vlastní počítač mohou superpočítače zpracovávat a ukládat data, ale jdou mnohem dále. Tyto stroje dokážou provádět neuvěřitelně složité výpočty a simulace, které by nikdy nemohly dosáhnout lidé nebo počítače, které všichni používáme v každodenním životě. Mohou také rychle provádět procesy, jejichž dokončení u běžného počítače může trvat měsíce nebo roky.
Moderní superpočítač by například mohl předpovídat výsledek jaderného výbuchu, vytvářet vysoce komplexní modely mozku a dokonce provádět simulace původu vesmíru. Schopnosti těchto strojů jsou poněkud ohromující a ukázaly se jako užitečné v řadě různých průmyslových odvětví.
Ale ve svém jádru mají superpočítače stejné matice a šrouby jako běžné počítače. Rozdíl je v tom, že tyto počítače jsou obrovské a skládají se z tisíců nebo stovek tisíc CPU (centrální procesorové jednotky), a proto mají mnohem vyšší výpočetní výkon než váš standardní počítač. Počítač, který denně používáte, má pravděpodobně několik jader CPU, přičemž některá mají pouze jedno. Představte si tedy, čeho by se dalo dosáhnout, kdyby se jeho síla mnohonásobně zvýšila.
Superpočítače jsou fascinující, ale neuvěřitelně drahé na stavbu a údržbu. Do jediného superpočítače lze nalít miliony dolarů a k jejich udržení v provozu je zapotřebí obrovské množství elektrické energie.
A i tyto vysoce pokročilé stroje mají svá omezení. Zejména schopnosti superpočítačů jsou omezeny jejich velikostí. Dnešní superpočítače jsou již obrovské a jejich provoz stojí spoustu peněz. Takže čím větší je superpočítač, tím je dražší.
Navíc superpočítače generují obrovské množství tepla, které je třeba odvádět, aby se zabránilo přehřátí. Celkově vzato je použití superpočítačů velmi drahý a vyčerpávající proces. Kromě toho existují některé problémy, které superpočítače nemohou vyřešit jednoduše proto, že jsou příliš složité.
Relativně nový hráč v počítačové hře by však mohl mít schopnost překonat superpočítače a dosáhnout toho, co nemohou: kvantových počítačů.
Co je kvantový počítač?
The koncept kvantového počítání poprvé vznikl v 80. letech 20. století. Během této doby průkopníci jako Richard Benioff, Richard Feynman a Yuri Manin přispěli k rozvoji teorie kvantových počítačů. Ale v tomto okamžiku byly kvantové výpočty jen nápad a nikdy nebyly aplikovány v reálném světě.
O osmnáct let později, v roce 1998, vytvořili Isaac Chuang, Neil Gershenfeld a Mark Kubinec první kvantový počítač. Rychlost zpracování tohoto počítače je ve srovnání s dnešními nejpokročilejšími kvantovými počítači rudimentární, ale vývoj tohoto prvního stroje svého druhu nebyl ničím revolučním.
Jak můžete vidět na obrázku výše, kvantové počítače nevypadají jako typické počítače. Je to proto, že fungují drasticky odlišnými způsoby. Zatímco počítače a superpočítače používají k ukládání informací binární kód, kvantové počítače používají malé jednotky známé jako qubity (neboli kvantové bity).
Qubity jsou nepředstavitelně malé. Jsou vyrobeny z ještě menších kvantových systémů, jako jsou protony a elektrony, základní složky atomů. Na qubitech je skvělé, že mohou existovat ve více stavech najednou. Pojďme to rozebrat.
Binární kód je právě to, binární. To znamená, že bity mohou existovat pouze jako nula nebo jednička, což může být limitující, pokud jde o provádění pokročilých procesů. Na druhou stranu mohou Qubity existovat současně ve více stavech, známých jako kvantová superpozice. Qubity mohou také dosáhnout kvantového zapletení, ve kterém se páry qubitů spojují dohromady.
Pomocí kvantové superpozice mohou kvantové počítače uvažovat o více konfiguracích qubitů najednou, takže je mnohem snazší řešit vysoce složité problémy. A prostřednictvím kvantového zapletení mohou dva qubity existovat ve stejném stavu a vzájemně se ovlivňovat matematicky předvídatelnými způsoby. To přispívá ke zpracovatelské schopnosti kvantových počítačů.
Celkově schopnost uvažovat více stavů současně dává kvantovým počítačům potenciál řešit extrémně složité výpočty a spouštět vysoce pokročilé simulace.
Na vývoji kvantových počítačů v současnosti pracují různé společnosti, včetně IBM a Google. Například podle Nový vědec, v roce 2019 Google tvrdil, že jeho kvantový počítač Sycamore svými schopnostmi překonal superpočítač. Google uvedl, že za 200 sekund dokáže Sycamore vyřešit výpočet, jehož dokončení by superpočítači trvalo 10 000 let.
Ale jen o dva roky později znovu, jak je uvedeno Nový vědecV Číně byl vyvinut nekvantový algoritmus, který umožnil řešení běžným počítačům stejný problém za pár hodin, což znamená, že superpočítač by ho určitě dokázal vyřešit, také.
Nad celým oborem kvantových počítačů tedy visí velké „kdyby“. Tato technologie je stále velmi v rané fázi a má před sebou ještě dlouhou cestu, než se na ni bude možné spolehnout jako na alternativu k superpočítačům.
Kvantové počítače se neuvěřitelně obtížně sestavují a programují a stále mají vysokou chybovost. Kromě toho je současný výpočetní výkon kvantových počítačů činí zcela nevhodnými pro typické aplikace. V důsledku toho existuje mnoho rostoucích problémů, kterými musí kvantové výpočty projít, než se stanou spolehlivou a široce používanou technologií.
Superpočítače jsou v tuto chvíli aktuální
Zatímco kvantové počítače mají potenciál výrazně překonat superpočítače, je to stále do značné míry hypotetické. Jednoho dne možná uvidíme pokrok kvantových počítačů do bodu, kdy už superpočítače nebudou nutné. Nelze popřít, že v této oblasti již došlo k obrovskému pokroku. Ale zatím jsou kvantové počítače stále v rané fázi a může trvat desetiletí, než se stanou mainstreamem.
